在北京北三環(huán)邊的一個面積不大的院落里，有一座鐵塔直沖天際，它比聞名世界的法國埃菲爾鐵塔（324米）還高1米，中國科學院大氣物理所鐵塔分部也因此而得名。該所研究員傅平青介紹，鐵塔是在1979年由政府投資80萬元建立的，數十年來已經積累了豐富的北京氣象數據。

去年10月底，小院里的鐵塔迎來了一批“新鄰居”——載著各種觀測設備乘船跨越大西洋而來的9個白色集裝箱。傅平青依然記得，當時載著這些設備從天津港來的大卡車在到達研究所大門口時因高度受限，甚至在午夜造成大半條街的交通擁堵。

“新鄰居”帶來了新任務。在過去12個月里，基于這些設施的監(jiān)測已經為一項重大中英國際合作研究計劃——中國超大城市空氣污染和人體健康研究（APHH—中國計劃）提供了大量詳實的數據和樣本。據介紹，該計劃由中英共同斥資約1億元，旨在監(jiān)測北京等大型城市的污染物濃度、種類及其對健康的影響。

“大氣化學非常復雜，比如冬季的PM2.5污染和夏季的臭氧污染在很大程度上都是在大氣化學反應中形成的?！辈骱泊髮W地理、地球和環(huán)境科學學院教授Roy Harrison在接受《中國科學報》記者采訪時說，“如果能夠更精確地模擬這個過程，就可以預測大氣化學如何變化，幫助設計提高空氣質量的策略?！?/p>

空地協(xié)同

今年6月中旬的一天，初入暑的北京天空湛藍，單從肉眼看，這絕對是近年來這座城市一年中不可多得的一個“好天”。但該項目英國科學家、約克大學化學系教授James Lee卻說，這樣的天氣“可能影響健康”。

“從數據看，近地面臭氧濃度最高值是150ppbv（十億分之一）?！痹阼F塔下裝滿各種“嗡嗡”運行的儀器設備的一個白色集裝箱內，Lee指著其中一臺顯示器說。他表示，近地面臭氧每日8小時平均值為60ppbv左右時被認為處于安全水平。

據介紹，距地面15至30公里的臭氧層能有效阻擋紫外線，保護人類及其他生物健康；然而，近地面的高濃度臭氧卻有損呼吸系統(tǒng)等組織，不利健康?！斑@種看不見的污染，正是問題所在?！盠ee說。臭氧污染與日照強度和溫度差異密切相關，在陰天多云時，大氣中化學物質反應較慢，污染通常較低；而陽光充足的日子里污染會更大。

整個測量基本上由地面和高空兩部分組成。該計劃的霧霾形成機理和過程研究項目組共同首席科學家傅平青介紹，地面集裝箱內伸出來的管道可測量近地面化學物質及污染物反應的化學過程；而在鐵塔100米處放置的儀器則可以測量高處的空氣樣本?！巴ㄟ^管道把高處的空氣泵到地面，可以測量空中一定區(qū)域的排放量，如氮氧化物、揮發(fā)性有機物和黑炭顆粒物等排放物的種類和通量，了解日光如何影響每種化學物質，使它們之間發(fā)生化學反應生成其他污染物。”傅平青說。

基于此，研究人員已經完成了兩次大型綜合野外觀測：去年11月至12月在鐵塔分部和北京東北郊平谷區(qū)開展的冬季霧霾污染觀測；今年5月至6月在鐵塔分部、平谷和河北保定固城開展的夏季霧霾和光化學煙霧污染觀測。“這是一年中的兩個極端時間，北京這兩個時期的天氣狀況差異非常大，從而可以進行對比。”該計劃北京市霧霾來源和排放研究項目組共同首席科學家Harrison介紹說。通過在不同季節(jié)進行連續(xù)測試，合作團隊旨在了解所排放的不同化學物質種類，其中包括一些重要的高濃度物質，以及一些目前測量起來存在較大挑戰(zhàn)的低濃度物質。

除了空中和地面定點監(jiān)測之外，項目組還引入了漫游者便攜式空氣污染高靈敏感應器作為補充，監(jiān)測不同環(huán)境的污染情況，從而得到更加精確的污染物健康效應研究數據?！奥握呃镉幸粋€SIM卡可以放在手機里收集數據，夜間充電，白天使用?！盠ee拿著一個單反相機大小的黑色感應器向記者介紹。項目組在中國的一些市中心和城鎮(zhèn)尋找了參試者，當他們在室內或在大街上走路時可以監(jiān)測污染物排放，收集感應器每天產生的數據并反饋給項目組。

聚焦通量

據介紹，APHH—中國計劃于2014年由中英共同確定，主要目的是確定北京市霧霾的來源和形成機理及其對人體健康的影響，并在此基礎上提供有效的霧霾控制對策。該計劃由中國國家自然科學基金委員會（NSFC）、英國自然環(huán)境研究理事會（NERC）、英國醫(yī)學研究理事會（MRC）共同資助，于去年1月啟動，中英近30家單位的200名科學家參與其中。

“中國以前也做大氣污染研究，但沒有這么全面。這個項目最新的地方是測量污染物的通量?！盇PHH—中國計劃秘書長、伯明翰大學教授時宗波告訴《中國科學報》記者。目前已經有很多排放清單，但依據它們對大氣污染物進行治理和預測很多時候并不奏效。這是因為沒有弄清楚各種污染物的精確排放量及其在大氣中的化學反應過程?！巴ㄟ^測量大氣通量監(jiān)測大氣污染物的動態(tài)變化，加上有成套的軟件進行模式化，能夠得到更加精確、經得住驗證的結果。”他補充說。

“如何設計策略減少排放，并用最經濟有效的方法提高空氣質量是個非常具有技術性的問題。其中一個關鍵方面是向模型中輸入正確的污染物排量。”傅平青表示，項目將建立基于在線觀測的原始數據庫，特別是分析化學數據。據介紹，APHH—中國計劃下設4個研究方向，包括北京市霧霾的來源和排放、霧霾形成機理和過程、霧霾對人體健康的影響和霧霾控制對策等，它們又分為5個研究項目，每個項目之間相互承接，并各由一名中英首席科學家共同領導。

“通過英國和中國研究人員的密切合作，這個項目旨在發(fā)現針對城市空氣污染共存挑戰(zhàn)的新解決方法，并極大增強我們對空氣污染物來源及其如何影響全球人類健康的認識?！盢ERC科學與研究部門主任Tim Wheeler說，“在重要科學領域的國際合作能夠支持英國作為全球研究和創(chuàng)新伙伴的身份，一個證明就是英國研究理事會對正在迅速成長為全球科學強國的中國的投資日益增加?！?/p>

“兩個頭腦更靈光”

在鐵塔腳下的一個白色集裝箱內，在約克大學攻讀博二的Katy坐在一臺顯示器前分析著面前的波浪圖。她向記者介紹，起伏的波浪線顯示的正是儀器檢測到的車輛、工業(yè)乃至樹木、花草向大氣中輸出的排放物。

像Katy一樣，參與APHH—中國計劃的中英雙方學生還有很多，他們已參與了多輪學術互訪。參加這樣的研究對他們未來的職業(yè)發(fā)展“非常寶貴，這是非常重要的經歷”，Lee說，“未來20年后，他們可能會在英國或中國獲得重要的學術職位。因為他們曾經參與過這項工作，所以將會進一步促進未來兩國的學術合作。”

在時宗波看來，此次合作是中英雙方的強強聯(lián)合，兩國科學家都在其中注入了各自的專業(yè)所長，每個組都有自己的優(yōu)勢。比如利茲大學是國際上研究大氣自由基的頂尖機構，該校的一些分辨率可以達到街道尺度；而中國科學家對北京地區(qū)的污染歷史了解得更加清楚，且中國的激光雷達、測風雷達等都為此次研究提供了助力。

“兩個頭腦比一個更靈光，這是合作的優(yōu)勢?！盚arrison說。英國在這一領域有更長的研究歷史，擁有更多的大氣污染治理經驗，但相關技術的應用市場比較小；而中國在這一領域的研究發(fā)展得非常快，且有著廣闊的應用前景。

目前，中英專家正在緊張地對兩次綜合野外觀測獲得的實時數據和樣品展開分析，并計劃在未來幾年公開發(fā)表相關發(fā)現。專家表示，目前該計劃已經取得一些初步成果，但這并非立竿見影的發(fā)現，而是增量式的逐步改善?！斑@是一個緩慢的過程，我們會穩(wěn)步發(fā)展，把一些事情做得更好?！备灯角嗾f。

（原題為《追蹤“謎霧” 中英科學家共探超大城市大氣污染對健康影響》）